Modbus RTU 主站

時(shí)間：2021-10-25作者：上海騰希電氣技術(shù)有限公司瀏覽：489

Modbus RTU 主站指令庫

西門子在 STEP 7-Micro/WIN SMART 中正式推出 Modbus RTU 主站協(xié)議庫（西門子標(biāo)準(zhǔn)庫指令）。


圖 1. 西門子標(biāo)準(zhǔn)指令庫（STEP 7-Micro/WIN SMART）

 注意：

1. Modbus RTU 主站指令庫的功能是通過在用戶程序中調(diào)用預(yù)先編好的程序功能塊實(shí)現(xiàn)的，該庫對(duì) CPU 集成的 RS 485 通訊口 和 CM 01 信號(hào)板有效。該指令庫將設(shè)置通信口工作在自由口模式下。
2. Modbus RTU 主站指令庫使用了一些用戶中斷功能，編其他程序時(shí)不能在用戶程序中禁止中斷。
3. Modbus RTU 主站指令庫可以同時(shí)應(yīng)用于CPU 集成的 RS 485 通訊口 和 CM01 信號(hào)板，此時(shí)集成的RS 485口使用Modbus RTU Master（v2.0）中指令，CM01信號(hào)板使用Modbus RTU Master2（v2.0）中指令，如果只有一個(gè)主站則不做區(qū)分。

使用 Modbus RTU 主站指令庫，可以讀寫 Modbus RTU 從站的數(shù)字量、模擬量 I/O 以及保持寄存器。

Modbus RTU 主站功能編程

1. 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 調(diào)用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制：


圖 2. 用 SM0.0 調(diào)用 Modbus RTU 主站初始化與控制子程序

各參數(shù)意義如下:

a.	EN	使能：	必須保證每一掃描周期都被使能（使用 SM0.0）
b.	Mode	模式：	為 1 時(shí)，使能 Modbus 協(xié)議功能；為 0 時(shí)恢復(fù)為系統(tǒng) PPI 協(xié)議
c.	Baud	波特率：	支持的通訊波特率為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。
d.	Parity	校驗(yàn)：	校驗(yàn)方式選擇
			0＝無校驗(yàn)
			1＝奇較驗(yàn)
			2＝偶較驗(yàn)
e.	Port	端口號(hào)：	0 = CPU 集成的 RS 485 通訊口 ； 1 = 可選 CM 01 信號(hào)板 。
f.	Timeout	**時(shí)：	主站等待從站響應(yīng)的時(shí)間，以毫秒為單位，典型的設(shè)置值為 1000 毫秒（1 秒），允許設(shè)置的范圍為 1 - 32767。
			注意： 這個(gè)值必須設(shè)置足夠大以保證從站有時(shí)間響應(yīng)。
g.	Done	完成位：	初始化完成，此位會(huì)自動(dòng)置1。可以用該位啟動(dòng) MBUS_MSG 讀寫操作（見例程）
h.	Error		初始化錯(cuò)誤代碼（只有在 Done 位為1時(shí)有效）：
			0＝ 無錯(cuò)誤
			1＝ 校驗(yàn)選擇非法
			2＝ 波特率選擇非法
			3＝ **時(shí)無效
			4＝ 模式選擇非法
			9＝ 端口無效
			10＝ 信號(hào)板端口 1 缺失或未組態(tài)

 

2. 調(diào)用 Modbus RTU 主站讀寫子程序MBUS_MSG，發(fā)送一個(gè)Modbus 請(qǐng)求；


圖 3. 調(diào)用Modbus RTU 主站讀寫子程序

各參數(shù)意義如下:

a.	EN	使能：	同一時(shí)刻只能有一個(gè)讀寫功能（即 MBUS_MSG）使能
			注意：建議每一個(gè)讀寫功能（即 MBUS_MSG）都用上一個(gè) MBUS_MSG 指令的 Done 完成位來激活，以保證所有讀寫指令循環(huán)進(jìn)行（見例程）。
b.	First	讀寫請(qǐng)求位：	每一個(gè)新的讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)
c.	Slave	從站地址：	可選擇的范圍   1 - 247
d.	RW	讀寫請(qǐng)求：	0 ＝ 讀， 1 ＝ 寫
			注意：
			1. 數(shù)字量輸出和保持寄存器支持讀和寫功能
			2. 數(shù)字量輸入和模擬量輸入只支持讀功能
e.	Addr	讀寫從站的	選擇讀寫的數(shù)據(jù)類型
		數(shù)據(jù)地址：	00001 至 0xxxx - 數(shù)字量輸出
			10001 至 1xxxx - 數(shù)字量輸入
			30001 至 3xxxx - 模擬量輸入
			40001 至 4xxxx - 保持寄存器
f.	Count	數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)	通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（位或字的個(gè)數(shù)）
			注意： Modbus主站可讀/寫的較大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字（是指每一個(gè) MBUS_MSG 指令）
g.	DataPtr	數(shù)據(jù)指針：	1. 如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中
			2. 如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中
h.	Done	完成位	讀寫功能完成位
i.	Error	錯(cuò)誤代碼：	只有在 Done 位為1時(shí)，錯(cuò)誤代碼才有效
			0 ＝ 無錯(cuò)誤
			1 ＝ 響應(yīng)校驗(yàn)錯(cuò)誤
			2 ＝ 未用
			3 ＝ 接收**時(shí)（從站無響應(yīng)）
			4 ＝ 請(qǐng)求參數(shù)錯(cuò)誤（slave address, Modbus address, count, RW）
			5 ＝ Modbus/自由口未使能
			6 ＝ Modbus正在忙于其它請(qǐng)求
			7 ＝ 響應(yīng)錯(cuò)誤（響應(yīng)不是請(qǐng)求的操作）
			8 ＝ 響應(yīng)CRC校驗(yàn)和錯(cuò)誤
			-
			101 ＝ 從站不支持請(qǐng)求的功能
			102 ＝ 從站不支持?jǐn)?shù)據(jù)地址
			103 ＝ 從站不支持此種數(shù)據(jù)類型
			104 ＝ 從站設(shè)備故障
			105 ＝ 從站接受了信息，但是響應(yīng)被延遲
			106 ＝ 從站忙，拒絕了該信息
			107 ＝ 從站拒絕了信息
			108 ＝ 從站存儲(chǔ)器奇偶錯(cuò)誤

常見的錯(cuò)誤：

如果多個(gè) MBUS_MSG 指令同時(shí)使能會(huì)造成 6 號(hào)錯(cuò)誤

從站 delay 參數(shù)設(shè)的時(shí)間過長會(huì)造成主站 3 號(hào)錯(cuò)誤

從站掉電或不運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)故障都會(huì)造成主站 3 號(hào)錯(cuò)誤

3. 在 CPU 的 V 數(shù)據(jù)區(qū)中為庫指令分配存儲(chǔ)區(qū)（Library Memory）

Modbus Master 指令庫需要一個(gè)286個(gè)字節(jié)的全局 V 存儲(chǔ)區(qū)。

調(diào)用STEP 7 - Mciro/WIN SMART Instruction Library（指令庫）需要分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)（Library Memory）。庫指令數(shù)據(jù)區(qū)是相應(yīng)庫的子程序和中斷程序所要用到的變量存儲(chǔ)空間。

如果在編程時(shí)不分配庫指令數(shù)據(jù)區(qū)，編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多相同的錯(cuò)誤。

操作步驟：

1）在指令樹的Project（項(xiàng)目）中，以鼠標(biāo)右鍵單擊Program Block（程序塊），在彈出的快捷菜單中選擇Library Memory。如圖4所示：


圖4. “庫存儲(chǔ)器”按鈕

2）在彈出的選項(xiàng)卡中設(shè)置庫指令數(shù)據(jù)區(qū)，如圖5所示：


圖5. 缺省情況下是從VB0開始，但要保證該存儲(chǔ)器使用地址范圍與其他程序使用的地址不能有重疊。按“建議地址”按鈕也可以自動(dòng)分配。

 可以使用 “建議地址” 設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)，但要注意編程軟件設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)地址，只考慮到了其他一般尋址，而未考慮到諸如Modbus數(shù)據(jù)保持寄存器區(qū)等的設(shè)置。應(yīng)當(dāng)確保不與其他任何已使用的數(shù)據(jù)區(qū)重疊、沖突。不應(yīng)重復(fù)按 “建議地址” 按鈕，否則也會(huì)造成混亂。

關(guān)于 Modbus RTU 主站協(xié)議庫的補(bǔ)充說明

Modbus 地址

通常 Modbus 地址由 5 位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類型代號(hào)，以及后面的偏移地址。Modbus Master 協(xié)議庫把標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 地址映射為所謂 Modbus 功能號(hào)，讀寫從站的數(shù)據(jù)。Modbus Master 協(xié)議庫支持如下地址：

00001 - 09999：數(shù)字量輸出（ 線圈）

10001 - 19999：數(shù)字量輸入（觸點(diǎn)）

30001 - 39999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）

40001 - 49999：數(shù)據(jù)保持寄存器

Modbus Master 協(xié)議庫支持的功能

為了支持上述 Modbus 地址的讀寫，Modbus Master 協(xié)議庫需要從站支持下列功能：

表 1. 需要從站支持的功能

Modbus 地址	讀/寫	Modbus 從站須支持的功能
00001 - 09999 數(shù)字量輸出	讀	功能 1
	寫	功能 5：寫單輸出點(diǎn) 功能 15：寫多輸出點(diǎn)
10001 - 19999 數(shù)字量輸入	讀	功能 2
	寫	－
30001 - 39999 輸入寄存器	讀	功能 4
	寫	－
40001 - 49999 保持寄存器	讀	功能 3
	寫	功能 6：寫單寄存器單元 功能 16：寫多寄存器單元

Modbus 地址和 S7-200 SMART 存儲(chǔ)區(qū)地址的映射

S7-200 SMART 通過 Modbus Master 和 Slave 協(xié)議庫通信時(shí)，Modbus 地址和 S7-200 SMART CPU內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)地址的 映射關(guān)系都類似。

Modbus 保持寄存器地址映射舉例：

Modbus 保持寄存器地址 40001 12 34 40002 56 78 40003 9A BC

S7-200 SMART 存儲(chǔ)區(qū)字尋址 VW200 12 34 VW202 56 78 VW204 9A BC

S7-200 SMART 存儲(chǔ)區(qū)字節(jié)尋址 VB200 12 VB201 34 VB202 56 VB203 78 VB204 9A VB205 BC

Modbus 數(shù)字量地址映射舉例：

位地址（0xxxx 和 1xxxx）數(shù)據(jù)總是以字節(jié)為單位打包讀寫。**個(gè)字節(jié)中的較低有效位對(duì)應(yīng) Modbus 地址的起始地址。如下圖所示：


圖6 . 數(shù)字量地址映射舉例

Modbus RTU 主站例程

為了較好地理解 Modbus 主站的編程，可參考下面的輪詢例程。

 注意：

1. 該例程使用 STEP 7-Micro/WIN SMART 編寫，針對(duì)端口0。
2. 該例程僅訪問一個(gè)從站，多個(gè)MBUS_MSG指令輪詢執(zhí)行，若訪問不同的從站，可通過改變從站地址來實(shí)現(xiàn)。


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